Seit der erfolgreichen Herstellung von Graphen hat es aufgrund seiner hervorragenden Materialeigenschaften in zahlreichen Bereichen große Aufmerksamkeit erlangt, insbesondere aufgrund seiner schnellen photoelektrischen Reaktion, breiten spektralen Absorption und Größenvorteile, wodurch es eines der idealen Materialien zur Herstellung von Mikro- und Nano-Photodetektoren ist. Derzeit sind Graphen-Photodetektoren bereits realisiert, jedoch weisen Detektoren auf Basis herkömmlicher Strukturen eine geringe Lichtabsorptionsrate und schlechte photoelektrische Reaktion auf. Die Nutzung von Plasmonen zur Verbesserung der Lichtabsorption ist ein gangbarer technischer Weg, bringt jedoch Probleme mit sich, wie zu komplexe Mikro- und Nanostrukturen, hohe Kosten und unzureichende Leistung. In dieser Arbeit wird eine auf der Au-Gitter/Graphen/h-BN/SiO2-Heterostruktur basierende Struktur vorgeschlagen, die den durch die Wechselwirkung von h-BN mit infrarotem Licht erzeugten Phonon-Polaritonen-Effekt nutzt, um Infrarotlicht im Graphen zu lokalisieren und so die Absorptionsrate des Graphens und der gesamten Heterostruktur zu erhöhen; gleichzeitig sind die Gitterkonstanten von Graphen und h-BN ähnlich, was es ermöglicht, die ausgezeichneten photoelektrischen Eigenschaften des Graphens maximal auszuschöpfen. Durch die Finite-Elemente-Methode (FEM) wurden Absorptionsraten und elektromagnetische Feldverteilung analysiert, wobei festgestellt wurde, dass bei einer einfallenden Lichtfrequenz von 1550 cm⁻¹ die Leistungsdissipationsdichte der Graphenschicht der gemischten Struktur Au-Gitter/Graphen/h-BN/SiO2 das 4,4-fache der Kontrollstruktur Au-Gitter/Graphen/SiO2 beträgt und die Lichtabsorptionsrate das 6,5-fache der Kontrollstruktur ist. Gleichzeitig kann durch Kontrolle der Dicke von h-BN, der Dicke der Au-Elektrode und der Gitterbreite die Absorptionsintensität reguliert werden. Diese Studie bietet eine theoretische Grundlage für die Realisierung von mittelwelligen infraroten Photodetektoren auf Graphenbasis.

Graphen; hexagonales Bornitrid; Phonon-Polaritonen